Понятия самосборки и самоорганизации

Одним из основных понятий в нанотехнологии является самоорганизация (self-organization). Термин «самоорганизация» широко используется в последние годы для того, чтобы описать и объяснить сходные явления в физических, химических и биологических системах. Все они заключаются в том, что в системе, состоящей из простых элементов, возникает упорядоченность – сложные структуры, сложное поведение или же сложные пространственно-временные явления. При этом свойства возникающих структур принципиально отличаются от свойств исходных элементов системы. Наиболее удивительно то, что самоорганизация в системе появляется спонтанно из однородного состояния.

Понятие самоорганизации распространилось и на химические явления, где наряду с ним используется термин самосборка. В российских нанотехнологиях понятие самосборки связывается с процессом адсорбции и формирования специфического расположения молекул на твердой поверхности. В отличие от сильного взаимодействия между адсорбируемой молекулой и поверхностью, взаимодействие между самими молекулами остается слабым. Пленки мономолекулярной толщины, сформировавшиеся по механизму самосборки, имеют очень низкую плотность дефектов, достаточно стабильны и отличаются механической прочностью. Их используют в качестве трафаретов для литографических процессов. Молекулярные блоки для самосборки должны содержать три основные функциональные группы: группу, прикрепляющую их к поверхности, промежуточную группу и поверхностную функциональную группу.

В иностранной литературе:

Молекулярной самосборкой (self-assembly) называется процесс, при котором неупорядоченные компоненты системы формируют организованную структуру вследствие специфических локальных взаимодействий компонентов без какого-либо внешнего воздействия.

Self-assembly (SA) in the classic sense can be defined as the spontaneous and reversible organization of molecular units into ordered structures by non-covalent interactions. The first property of a self-assembled system that this definition suggests is the spontaneity of the self-assembly process: the interactions responsible for the formation of the self-assembled system act on a strictly local level—in other words, the nanostructure builds itself.

Супрамолекулярная химия как направление нанотехнологии

Среди многочисленных объектов в последние годы значительную роль приобрали молекулярные агрегаты (супраструктуры), функционирующие как единое целое и образованные за счет межмолекулярных (нековалентных) взаимодействий.

Супрамолекулярная химия – это наука о самопроизвольно формирующихся и функционирующих молекулярных струкутрах, образованных с участием невалентных соединений. Конечная цель супр. химии как направления нанотехнологии – научиться управлять свойствами вещества, осуществляя контроль его структуры на молекулярном уровне. Основная задача – научиться создавать молекулярные структуры, которые способны к самопроизвольной сборке и функционированию.

Самосборка молекул подразумевает не просто их ассоциацию, а связывание в нужной последовательности и с определенной ориентацией. Можно сказать, что информация о структуре ассоциата зашифрована в химической структуре компонентов и считывается в ходе образования ансамбля. Поэтому самосборку часто рассматривают как межмолекулярный обмен структурной информацией и называют молекулярным распознаванием. Условие молекулярного распознавания – двойная комплементарность компонентов, включающая как геометрическое, так и энергетическое их соответствие.

Движущей силой самосборки молекул в супрамолекулярные структуры служат невалентные межмолекулярные взаимодействия.